JP2003241309A

JP2003241309A - 光源装置

Info

Publication number: JP2003241309A
Application number: JP2002042938A
Authority: JP
Inventors: Kiyoyuki Kaburagi; 清幸蕪木; Akihiko Sugitani; 晃彦杉谷
Original assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Current assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Priority date: 2002-02-20
Filing date: 2002-02-20
Publication date: 2003-08-27

Abstract

(57)【要約】【課題】小型・軽量で防爆性に優れ、比較的少ない電
気的入力で、高い強度の光を放出することができる光源
装置を提供すること。【解決手段】反射面が半割の放物面となっている主鏡
２ａと、該主鏡に反射光を入射させる半割の球面状の反
射面を持ち該主鏡の光軸と直交する光軸を有する補助鏡
２ｂとを、各々の焦点を略一致させて組み合わせ、該焦
点にアーク中心を合わせて放電ランプ１を配置する。そ
して、主鏡２ａの反射面に対面する半割部に、主鏡２ａ
と一体に平板部３を形成し、平板部３に補助鏡２ｂを取
り外し可能に取り付ける。放電ランプ１から放出される
光は、主鏡２ａで反射して、主鏡２ａの前面に設けられ
たガラス板４を介してから平行光として出射するととも
に、上記補助鏡２ｂで反射して放電ランプ１に戻り、該
放電ランプ１を透過して上記主鏡２ａで反射し、上記前
面の開口から平行光として出射する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はショートアーク放電
ランプを用いた光源装置に関し、特に、プロジェクタの
投光用光源等に使用するに好適な光源装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】一般に、夜晶プロジェクタなどの装置に
使用される光源装置においては、放電ランプから放射さ
れる光を光軸に平行な光に効率よく変換して、液晶表示
パネルなどの被照射物の被照射領域に照射する性能を有
することが必要である。通常このような光源装置におい
ては、超高圧水銀ランプなどのショートアーク型放電ラ
ンプと、この放電ランプから放射される光を平行光に変
換するための凹面反射鏡とにより構成されている。ま
た、ランプ破損時に破片が光源装置の外に飛び出ない
様、凹面反射鏡はランプ全体を覆い、且つ、その開口に
は、透明な前面ガラスが配置されている。特に、近年、
プロジェクタは、高画質（明るさ・色・コントラスト
等）に加え、小型および軽量化が進んでおり、画像表示
素子の面積が小さくなる傾向にある。このためには、高
いスクリーン光束を可能とする光源と小型な集光装置が
必要である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記ランプとしては、
一般に輝度が高く、色バランスの優れた短アークの超高
圧水銀ランプが一般に使用されているが、該ランプは点
灯時の働作圧力が１３Ｍｐａ以上になるために、破損す
ることがある。上記の要求に加え、放電ランプの部材が
光源装置の外に出ることを防ぐ、防爆構造をとることが
好ましい。しかし防爆構造とした場合、放電ランプや凹
面反射鏡の内部を強制空冷しにくく、凹面反射鏡内部は
高い雰囲気温度になり、凹面反射鏡の内面の温度が上昇
する。特に、水平点灯を行う光源装置においては、放電
ランプの発光管部の上部温度が内部の対流やアークの持
ち上がりにより上昇する。このため、高い温度域の発光
管からの赤外域放射（２．７μｍ以上の赤外域では、凹
面反射鏡の基材の透過率が悪い）で凹面反射鏡のランプ
発光管の上の内面が加熱されやすい。凹面反射鏡の内面
に施された反射膜（例えば、ＴｉＯ₂＋ＳｉＯ₂の多層
膜）は、許容温度を超えると熱応力や結晶構造の変化に
よる膜クラックや剥離、反射波長のシフト等の性能低下
が生じる。一方、放電ランプにおいては、凹面反射鏡の
内面からの赤外域輻射で加熱され、放電ランプ１の発光
管部の上部温度が上昇し、内面の結晶化により失透が生
じ、光束維持率が悪くなる、悪循環を生じる。以上のよ
うに上記光源装置においては、比較的少ない電気的入力
で、高いスクリーン光束を実現することが要求される。

【０００４】小型で高い光束を得ることができる光源装
置として、反射面が半割の放物面となっている主鏡と、
半割の球面状の反射面を有する補助鏡とを組み合わせた
光源装置が提案されている（例えば米国特許第６，２３
１，１９９Ｂ１号明細書参照）。上記光源装置は、図５
に示すように、反射面が半割りの放物面となった主鏡２
ａと、球面状の反射面を有する補助鏡２ｂと、放電ラン
プ１から構成され、主鏡２ａと補助鏡２ｂは各々の焦点
が一致するように組み合わされ、その焦点位置にアーク
中心を合わせて放電ランプ１が配置されている。上記主
鏡２ａの光軸と放電ランプ１のランプアーク軸は一致
し、補助鏡２ｂの光軸は、ランプアーク軸に垂直になる
ように配置されている。放電ランプ１から放出される光
は、同図の矢印に示すように、主鏡２ａで反射して、主
鏡２ａの前面開口から平行光として出射するとともに、
上記補助鏡２ｂで反射して放電ランプ１に戻り、該放電
ランプ１を透過して上記主鏡２ａで反射し、上記前面の
開口から平行光として出射する。

【０００５】上記光源装置は、主鏡が半割り状であるの
で、従来の凹面集光鏡を用いた光源装置に比べ、小型化
を図ることができる。また、補助鏡２ｂで反射した光が
放電ランプ１に戻り、該放電ランプ１を透過して上記主
鏡２ａに入射するので、主鏡２ａが半割り状であって
も、従来のものに比べ、単位面積当たりの光の放射強度
は高くなる。上記光源装置は小型で、単位面積当たりの
光の放射強度を高くすることが可能であるが、従来図５
に示す構造の光源装置をプロジェクタ用光源装置に適用
する試みはなされていなかった。本発明は、上記構造の
光源装置をプロジェクタの投光用光源等に適用し、小型
・軽量で防爆性に優れ、比較的少ない電気的入力で、高
い強度の光を放出することができる光源装置を提供する
ことを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を本発明におい
ては、以下のようにして解決する。（１）反射面が半割の放物面となっている主鏡と、該主
鏡に反射光を略入射させる半割の球面状の反射面を有
し、該主鏡の光軸と直交する光軸を有する補助鏡とを、
各々の焦点を略一致させて組み合わせた構成の反射鏡
と、該反射鏡の焦点にアーク中心を合わせて配置した両
端封止型の放電ランプとからなる光源装置において、上
記主鏡の反射面に対面する半割部に、主鏡と一体に平板
部を形成し、該平板部に上記補助鏡を取り外し可能に取
り付ける。（２）上記（１）において、上記主鏡の前面開口部を覆
う透明板を設ける。（３）上記（１）において、上記補助鏡に冷却フィンを
設ける。本発明においては、上記のように反射面が半割の放物面
となっている主鏡と、該主鏡に反射光を入射させる半割
の球面状の反射面を持ち該主鏡の光軸と直交する光軸を
有する補助鏡とを、各々の焦点を略一致させて組み合わ
せ、該焦点にアーク中心を合わせて放電ランプを配置
し、上記主鏡の反射面に対面する半割部に、主鏡と一体
に平板部を形成したので、放電ランプを上記主鏡と平板
部で覆うことができ、光源装置の密閉構造が容易とな
り、防爆性を向上させることができる。さらに、上記
（２）のように主鏡の前面開口部を覆う透明板を設ける
ことにより、放電ランプの破損時に、破片等が外部に飛
び出すのを防止することができる。また、上記平板部に
上記補助鏡を取り外し可能に取り付けたので、使用形態
や用途等に応じて、放電ランプと補助鏡の距離を変えた
り、反射面の曲率半径が異なる補助鏡を用いることがで
きる。特に、放電ランプと補助鏡の距離と補助鏡の曲率
半径を適宜選定することにより、光源装置内の内部温度
分布をある程度、調整することも可能となる。さらに、
上記（３）のように上記補助鏡に冷却フィンを設けれ
ば、光源装置内の温度上昇を抑えることができる。

【０００７】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施例のプロジェ
クタ用光源装置の構成を示す図であり、図１（ａ）は光
軸を通る垂直な平面で切った断面図を示し、図１（ｂ）
は本実施例の光源装置を図１（ａ）のＡ方向から見た図
を示している。本実施例の光源装置は図１に示すよう
に、反射面が半割りの放物面となった主鏡２ａと、球面
状の反射面を有する補助鏡２ｂと、放電ランプ１から構
成され、前記図５に示したものと同様、主鏡２ａと補助
鏡２ｂは各々の焦点が一致するように組み合わされ、そ
の焦点位置にアーク中心を合わせて放電ランプ１が配置
されている。上記主鏡２ａの光軸と放電ランプ１のラン
プアーク軸は一致し、補助鏡２ｂの光軸は、ランプアー
ク軸に垂直になるように配置されている。図１におい
て、放電ランプ１から放出される光は、前記図５に示し
たものと同様、主鏡２ａで反射して、主鏡２ａの前面開
口から平行光として出射するとともに、上記補助鏡２ｂ
で反射して放電ランプ１に戻り、該放電ランプ１を透過
して上記主鏡２ａで反射し、上記前面の開口から平行光
として出射する。上記構成の光源装置は、凹面集光鏡を
用いた従来の光源装置に比べ、光源の放射立体角が半分
になっており、光利用率の高く、小型の光源装置を得る
ことが出来る。

【０００８】上記主鏡２ａの反射面に対面する半割部に
は、上記主鏡２ａと一体に平板部３が形成され、主鏡２
ａの前面側（光放出側）の開口部には前面ガラス４が取
り付けられる。また、平板部３には、主鏡の光軸と垂直
方向に穴加工が施され、該穴に補助鏡２ｂが取り付けら
れる。放電ランプ１の一方端は、上記主鏡２ａの後面側
（光放出側に対向する側）に形成された開口部に接着材
等で固定され、放電ランプ１の口金１ａが外部に突出し
ている。また、放電ランプ１の他方端から導出されるリ
ード線１ｂは、上記平板部３に設けられた孔を介して外
部に導出される。上記のように、放電ランプ１を覆うよ
うに主鏡２ａと平板部３を形成することで、光源装置の
密閉構造が容易となり、放電ランプ１の破損時に、破片
等が外部に飛び出すのを防止することができる。特に、
主鏡２ａは半割りであり、従来の凹面集光鏡を用いたも
のに比べ、前面ガラス４の面積を滅らすことができるの
で、ランプ破損時の耐衝撃強度を上げることができる。
さらに、前面ガラス４上部の有効開口でない部分に補強
板を取り付ければ、さらにランプ破損時の耐衝撃強度を
上げることができる。なお、上記光源装置の内部を効果
的に冷却するため、前記平板部３の、前記放電ランプ１
の給電封止部に対面する箇所に冷却用の開口を設けても
よい。また、上記リード線１ｂに代え、上記主鏡１ａの
光軸に略平行な面を有する熱伝導性のよい板状の給電部
材を用い、該給電部材を介して、光源装置内部の熱を外
部に逃がすように構成してもよい。このように外部取り
出しリードの伝導断面積を大きくすることで、放電ラン
プ１の端子部等の温度上昇を抑えることができ、電気的
接続の不具合等が発生するのを防止することができる。

【０００９】図２は上記補助鏡２ｂの構成例を示す図で
あり、同図（ａ）は主鏡の光軸方向から見たときの側面
図を示し、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ方向からみた断
面図である。同図に示すように、補助鏡２ｂの主鏡光軸
方向には放電ランプ１を逃げるための凹部２ｂ１が形成
され、また、補助鏡２ｂにはつば部２ｂ２が設けられて
いる。そして、前記平板部３に設けられた穴に、補助鏡
２ｂを挿入し、上記つば部２ｂ２が平板部３に当たるま
で補助鏡２ｂを押し込んで、ねじ等で固定することによ
り補助鏡２ｂを取り付ける。上記のように、補助鏡２ｂ
は、上記平板部３に形成された穴に着脱可能に取り付け
られている。したがって、予め、上記つば部２ｂ２と補
助鏡２ｂの反射面との距離が異なる複数種類の補助鏡
や、球面部の曲率の半径Ｒ等が異なる複数種類の補助鏡
を用意しておけば、使用形態や用途等に応じて、放電ラ
ンプ１と補助鏡２ｂの距離を変えたり、半径Ｒの異なる
補助鏡２ｂを使用することができる。また、反射特性の
異なる複数種類の補助鏡２ｂを用意しておけば、種々の
用途に対応した光源装置を得ることが可能となる。

【００１０】ここで、図３に示すように、放電ランプの
アーク中心から出た光は、放電ランプ１のガラスで屈折
し、アーク中心とは、δだけずれた位置に戻ってくる。
このため、このずれδを考慮して、補助鏡２ｂの焦点位
置をアーク中心から上記ずれ量δだけ離すのが望まし
い。上記のように放電ランプ１と補助鏡２ｂの距離を変
えられるようにしておけば、上記距離を放電ランプ等に
応じた最適な値に調整して、放電ランプの上記レンズ効
果を相殺するように補助鏡の光軸方向の位置調整するこ
とができ、明るい光源装置得ることが可能となる。ま
た、上記補助鏡２ｂの球面部の曲率の半径Ｒを変えて
も、光学的な特性大きく変化しない。したがって、放電
ランプ１の点灯姿勢、主鏡２ａの配置等にあわせ、補助
鏡２ｂと放電ランプ１との距離を適切に設定すれば、あ
る程度の主鏡２ａ、補助鏡２ｂの内面温度と放電ランプ
１の温度を制御することが可能である。

【００１１】なお、補助鏡２ｂの曲面の中心から見た反
射面の形成角度は、図２（ｂ）に示すように、最大５０
°程度が望ましい。これは、上記角度が４５°以上であ
ると、図２（ｃ）に示すように、放電ランプ１から放出
される光が補助鏡２ｂで反射し、放電ランプ１に戻って
くる際、放電ランプ１の電極に当たるためである。上記
角度を５０°以内とすれば、上記戻り光が電極に当たる
ことが少なく、ランプの電極の加熱を防止できる。さら
に、図２に示した補助鏡２ｂは、上端面が平坦である
が、図２（ｄ）に示すように、補助鏡２ｂの上面にフィ
ン２ｂ３を設けてもよい。これにより、該フィン２ｂ３
により熱放散をより効率良く行うことができるので、光
源装置内部の温度上昇を抑えることが可能である。ま
た、補助鏡２ｂの中央部に冷却用の穴を設ければ、放電
ランプ１を効率よく冷やすことができ、放電ランプ１の
寿命特性を改善することもできる。

【００１２】図１に示した光源装置では、補助鏡２ｂを
放電ランプ１の上側に、主鏡２ａを放電ランプ１の下側
に配置しているが、補助鏡２ｂ、放電ランプ１、主鏡２
ａの上下配置は、光源装置の使用状況や内部温度分布等
を考慮して適宜、設定することができる。例えば、図１
に示したように、放電ランプ１は水平点灯とし、上記半
径Ｒの大きい補助鏡１２を上に配置し使用することで、
発光管上部の温度や反射鏡の内面の最高温度を下げるこ
とが可能であり、ランプの失透や反射膜の不具合防止が
でき、寿命特性を改善することができる。また、図４に
示すように、放電ランプ１は水平点灯とし、上記半径Ｒ
の小さい補助鏡２ｂを下に配置して放電ランプ１の下部
の温度を上げ、放電ランプ１内部の対流を抑制すること
で、放電ランプ１の上部温度を下げることができ、放電
ランプ１の寿命特性を改善することができる。

【００１３】さらに、放電ランプ１として超高圧水銀ラ
ンプを用いる場合、放電ランプ１内の最冷部がランプの
下側に生じていると、水銀で光が発散することと、適切
な動作圧力が得られない等の不具合が生じ、放電ランプ
１が暗いものになってしまうことがある。上記図４に示
すように、上記半径Ｒの小さい補助鏡２ｂを下に配置
し、放電ランプ１と補助鏡２ｂとの間の距離を短くする
ことで、放電ランプ１の下側の温度を上昇させることが
でき、上記問題を解決することができる。なお、上記半
径Ｒを小さくするだけでなく、補助鏡２ｂの反射特性を
変えてもよい。例えば、補助鏡２ｂの反射面をＳｉ
０₂、Ｔｉ０₂の交互膜として、赤外領域の光を１５パ
ーセント以上反射するようにしたり、石英の吸収率の大
きい波長が３．５μｍ以上の光の反射を増やすようにし
てもよい。

【００１４】

【発明の効果】以上説明したように本発明においては、
以下の効果を得ることができる。（１）反射面が半割の放物面となっている主鏡と、該主
鏡に反射光を入射させる半割の球面状の反射面を持ち該
主鏡の光軸と直交する光軸を有する補助鏡とを、各々の
焦点を略一致させて組み合わせ、該焦点にアーク中心を
合わせて両端封止型の放電ランプを配置し、上記主鏡の
反射面に対面する半割部に、主鏡と一体に平板部を形成
したので、放電ランプを上記主鏡と平板部で覆うことが
でき、光源装置の密閉構造が容易となり、防爆性を向上
させることができる。また、主鏡の前面開口部を覆う透
明板を設けることにより、放電ランプの破損時に、破片
等が外部に飛び出すのを防止することができる。（２）上記平板部に、主鏡光軸と垂直方向に穴加工を行
い、上記補助鏡を取り外し可能に取り付けたので、使用
形態や用途等に応じて、放電ランプと補助鏡の距離を変
えたり、反射面の曲率半径が異なる補助鏡を用いること
ができる。特に、放電ランプと補助鏡の距離と補助鏡の
曲率半径を適宜選定することにより、光源装置内の内部
温度分布をある程度、調整することも可能となる。さら
に、上記補助鏡に冷却フィンを設ければ、光源装置内の
温度上昇を抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の光源装置の構成を示す図であ
る。

【図２】本発明の実施例の補助鏡の構成例を示す図であ
る。

【図３】放電ランプのガラスでの屈折により、アーク中
心からの光がδだけずれた位置に戻ってくることを説明
する図である。

【図４】補助鏡を下側に配置した場合の構成を示す図で
ある。

【図５】半割の主鏡と、半割の球面状の反射面を有する
補助鏡とを組み合わせた光源装置の構成例を示す図であ
る。

【符号の説明】

１放電ランプ１ａ口金１ｂリード線２ａ主鏡２ｂ補助鏡３平板部４前面ガラス

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０３Ｂ 21/16 Ｆ２１Ｍ 1/00 ＲＨ０４Ｎ 5/74 7/00 Ｋ // Ｆ２１Ｙ 101:00 Ｆターム(参考） 2K103 AB10 BA05 BA09 DA02 DA11 3K042 AA01 AC06 BB06 BB07 CC03 5C058 BA23 EA01 EA02 EA11 EA13 EA51

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】反射面が半割の放物面となっている主鏡
と、該主鏡に反射光を略入射させる半割の球面状の反射
面を有し、該主鏡の光軸と直交する光軸を有する補助鏡
とを、各々の焦点を略一致させて組み合わせた構成の反
射鏡と、上記反射鏡の焦点にアーク中心を合わせて配置した両端
封止型の放電ランプとからなる光源装置において、上記主鏡の反射面に対面する半割部に、主鏡と一体に平
板部を形成し、該平板部に上記補助鏡を取り外し可能に
取り付けたことを特徴とする光源装置。
【請求項２】上記主鏡の前面開口部を覆う透明板を設
けたことを特徴とする請求項１の光源装置。
【請求項３】上記補助鏡に冷却フィンを設けたことを
特徴とする請求項１または請求項２の光源装置。